設(shè)計(jì)優(yōu)化助力國際項(xiàng)目順利執(zhí)行

羅雅文， 馬宗凱， 謝光武， 陳緒剛

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

國際EPC項(xiàng)目屬于所有工程項(xiàng)目中的“三高”項(xiàng)目，即要求高、難度高、風(fēng)險(xiǎn)高。通常國際項(xiàng)目從前期營銷投標(biāo)到后期落地，都面臨較長的周期，這為EPC項(xiàng)目執(zhí)行增加了諸多不確定的因素，如匯率波動(dòng)、通脹加劇、原材料漲價(jià)、政局動(dòng)蕩等。國際工程承包市場目前已經(jīng)進(jìn)入了充分競爭的階段，無論是國際巨頭還是中國的央企巨頭在競爭中都不得不采取價(jià)格戰(zhàn)的方式，因此國際工程往往都是低價(jià)中標(biāo)。面對落地周期長和低中標(biāo)價(jià)的雙重不利因素，EPC項(xiàng)目執(zhí)行團(tuán)隊(duì)的成本控制壓力可想而知。在設(shè)計(jì)、采購、施工三大環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)處于項(xiàng)目的前端，對采購和施工也起著決定性支配作用。設(shè)計(jì)成功與否往往制約著項(xiàng)目的成敗，衡量設(shè)計(jì)成功的重要標(biāo)準(zhǔn)包括優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)省，要實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、節(jié)省，往往離不開以合同為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)優(yōu)化[1]。

孟加拉Dasherkandi污水廠(以下簡稱“項(xiàng)目”)是由水電顧問集團(tuán)簽訂的EPC項(xiàng)目，項(xiàng)目執(zhí)行期間面臨落地周期長和低中標(biāo)價(jià)雙重困難，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過認(rèn)真分析合同，進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)優(yōu)化并取得優(yōu)異成果，為項(xiàng)目實(shí)施奠定了良好開局。

1 項(xiàng)目及技術(shù)方案簡介

1.1 項(xiàng)目概況

孟加拉國基礎(chǔ)設(shè)施極端落后的現(xiàn)狀催生出了巨大的市政業(yè)務(wù)市場容量。達(dá)卡市污水規(guī)劃顯示[2]，孟加拉國目前僅一座市政污水處理廠，污水管網(wǎng)收集率較低，若污水按用水量的50%計(jì)，當(dāng)前污水處理規(guī)模將達(dá)到125萬t/d，遠(yuǎn)期處理規(guī)模將超過200萬t/d，預(yù)計(jì)達(dá)卡市在污水處理上投入的資金將達(dá)到12億美元。電建集團(tuán)憑借“懂水熟電”的業(yè)務(wù)強(qiáng)項(xiàng)和市政污水處理方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，成功中標(biāo)了該國第一座現(xiàn)代化污水廠——Dasherkandi污水廠，因此集團(tuán)將孟加拉市政水務(wù)確定為重點(diǎn)國別的重點(diǎn)業(yè)務(wù)。

孟加拉Dasherkandi污水廠項(xiàng)目由顧問集團(tuán)與達(dá)卡市水務(wù)局(Dhaka Water and Sewerage Authority)通過議標(biāo)方式，經(jīng)過約1年談判，于2015年8月正式簽訂合同，總合同額為2.8億美元，永久設(shè)備不含稅。該項(xiàng)目工程內(nèi)容主要包括三部分：污水提升泵站、污水輸送管道和污水處理廠(設(shè)計(jì)規(guī)模50萬m3/d)。項(xiàng)目資金來源于中國進(jìn)出口銀行，為優(yōu)惠貸款項(xiàng)目，貸款協(xié)議生效于2017年7月，為習(xí)近平主席見證簽署項(xiàng)目，屬于“一帶一路”重點(diǎn)項(xiàng)目。

1.2 技術(shù)方案簡介

孟加拉達(dá)舍爾甘地污水處理廠項(xiàng)目主要包括一座污水提升泵站(設(shè)計(jì)流量6 m3/s)、污水輸送管線(長度為2根×4.8 km，管道DN2 200～2 500 mm)、一座50萬t污水處理廠。合同技術(shù)方案流程見圖1。其中主要構(gòu)筑物尺寸如表1所示。主要工藝設(shè)備選型見表2。

樁基采用長螺旋灌注樁，樁徑為600 mm，樁長28 m，總數(shù)量約20 000根。污泥采用板框壓濾機(jī)+流化床干化焚燒工藝，灰渣由業(yè)主外運(yùn)處理。

圖1 合同技術(shù)方案流程示意

構(gòu)(建)筑物名稱數(shù)量/座土建尺寸初沉池298.8 m×74.2 m×5.0 mAAO池4140 m×78 m×6.8 m二沉池8池徑55 m,H=5.0 m污泥濃縮池4池徑24 m,H=5.5 m出水泵站135.5 m×24.4 m×8.5 m

表2 主要工藝設(shè)備型號

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化必要性、依據(jù)及原則

由于孟加拉市場巨大，該項(xiàng)目是戰(zhàn)略級重點(diǎn)項(xiàng)目，必須確保完整履約。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)接手后，對原方案工程量進(jìn)行了核實(shí)，并參照了孟加拉目前主要建材的價(jià)格，發(fā)現(xiàn)如果按照合同方案進(jìn)行實(shí)施，將面臨較大的虧損風(fēng)險(xiǎn)，且原方案也存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。但若考慮設(shè)計(jì)優(yōu)化，業(yè)主和咨詢接受度可能較低，不但達(dá)不到預(yù)期效果，反而會造成更大損失。執(zhí)行團(tuán)隊(duì)經(jīng)過慎重考慮，決定從合同和技術(shù)上說服業(yè)主及咨詢，從而實(shí)現(xiàn)雙贏。

國際項(xiàng)目執(zhí)行的最重要依據(jù)為簽訂的合同與紀(jì)要，簽訂的技術(shù)方案在未經(jīng)業(yè)主批復(fù)情況下不得擅自進(jìn)行修改。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)研究商務(wù)和技術(shù)合同、談判會議紀(jì)要等文件，發(fā)現(xiàn)談判紀(jì)要中有兩處邊界條件，可作為設(shè)計(jì)優(yōu)化的依據(jù)。

第一，承包商設(shè)計(jì)的所有建構(gòu)筑物，必須完全布置在業(yè)主給定的征地紅線范圍內(nèi)，不得要求業(yè)主新征用地。

第二，承包商設(shè)計(jì)的污水廠總用電負(fù)荷不得超過10 MW。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)合同中提供的污水廠用地面積為25.88萬m2，而在現(xiàn)場業(yè)主實(shí)際移交的面積僅23.9萬m2。原合同技術(shù)方案中的總用電負(fù)荷超過10 MW。這也就意味著原合同技術(shù)方案不能滿足這兩大限制條件，承包商的設(shè)計(jì)可以進(jìn)行優(yōu)化來滿足這兩大要求。

同時(shí)合同技術(shù)方案中明確：由于合同前期階段包括污水廠的地勘測量資料、進(jìn)水水質(zhì)等資料缺失，承包商有權(quán)在后期根據(jù)實(shí)測的資料對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。為了提高業(yè)主接受度，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)確定了如下優(yōu)化原則：占地更省、技術(shù)更優(yōu)、運(yùn)維更簡單和成本更省，最終獲得了業(yè)主和咨詢的認(rèn)可。

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化的主要內(nèi)容

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)明確了設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則后，分別從工藝系統(tǒng)方案、結(jié)構(gòu)樁基、污泥焚燒方案、設(shè)備配置和電氣系統(tǒng)方案等方面進(jìn)行優(yōu)化，具體優(yōu)化內(nèi)容如下。

3.1 工藝系統(tǒng)方案的優(yōu)化

通過實(shí)測污水廠旱季和雨季進(jìn)水水質(zhì)，對合同中未規(guī)定的雨季進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行了定義，根據(jù)合同條款提出雨季平均水量對應(yīng)雨季設(shè)計(jì)水質(zhì)，旱季平均水量對應(yīng)旱季設(shè)計(jì)水質(zhì)。原合同中未明確總氮的進(jìn)出水指標(biāo)，主動(dòng)將總氮列為需考慮去除的指標(biāo)。經(jīng)過與咨詢較長時(shí)間的溝通，最終確定將50萬t水量、雨季設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)作為設(shè)計(jì)工況，旱季32.5萬t水量和旱季設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)作為校核工況。明確將污水處理工藝由A/O升級為A/A/O工藝，強(qiáng)化對總磷的去除。通過對邊界條件的確立，達(dá)成了如下優(yōu)化。

(1)由于采用AAO工藝，將初沉池停留時(shí)間由原來的3.0 h(60萬t)降低為1.5 h(50萬t)，池容節(jié)約4.37萬m3，同時(shí)通過業(yè)主實(shí)地參觀處理效果，將矩形池優(yōu)化為4座運(yùn)行更穩(wěn)定的圓形輻流式沉淀池。

(2)通過采用中國規(guī)范計(jì)算、韓國MASS FLOW軟件模擬、IWA國際水協(xié)模型BIOWIN模擬驗(yàn)證，在維持處理效果達(dá)標(biāo)的情況下，將生化池停留時(shí)間由原來的12.4 h縮減為8.75 h，總池容節(jié)約7.6萬m3，且4座生化池，分為兩組，每兩格共壁，減少占地和土建量。

(3)采用AAO工藝，防止磷的二次釋放，取消4座重力濃縮池，采用機(jī)械濃縮，節(jié)約池容約1萬m3。

同時(shí)為保障污水廠防洪安全，將原方案“低場平+尾水及雨水提升排放”優(yōu)化為“高場平+尾水及雨水重力排放”。雖增加場平吹填量，但取消了尾水泵站，既保障了防洪安全，又節(jié)約業(yè)主運(yùn)行維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)雙贏。通過工藝系統(tǒng)方案的優(yōu)化，全廠所有構(gòu)建筑物均能布置在紅線范圍內(nèi)，滿足了合同的要求。

3.2 結(jié)構(gòu)樁基的優(yōu)化

通過分析原合同發(fā)現(xiàn)樁基在土建成本中占比較高，且當(dāng)?shù)毓橇闲枰M(jìn)口，供應(yīng)極不穩(wěn)定，價(jià)格奇高。為消除這一不利因素，結(jié)構(gòu)工程師對樁基形式進(jìn)行了優(yōu)化。原合同文件基礎(chǔ)方案采用長螺旋鉆孔灌注樁，為非擠土樁。結(jié)構(gòu)工程師通過大量調(diào)研、方案比選，最終選擇了沉管灌注樁基礎(chǔ)。沉管灌注樁是一種擠土樁，與長螺旋鉆孔灌注樁對比具有以下優(yōu)勢。

(1)沉管灌注樁是擠土樁，在相同條件下(地質(zhì)參數(shù)、樁徑、樁長等)，沉管灌注樁能獲得更高的承載力，可提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。

(2)沉管灌注樁在混凝土澆注過程中，鋼套管的存在能有效避免出現(xiàn)塌孔、縮頸和斷樁，與長螺旋鉆孔灌注樁、沖擊成孔灌注樁相比，成樁質(zhì)量更有保障。

(3)沉管灌注樁不需要采用泥漿護(hù)壁，施工場地更加干凈、整潔，同時(shí)避免了泥漿污染周圍環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

在確定技術(shù)方案后，結(jié)構(gòu)工程師向咨詢提交了試樁方案報(bào)告，并進(jìn)行現(xiàn)場試樁驗(yàn)證施工工藝和設(shè)計(jì)成果，最終獲得咨詢工程師認(rèn)可。通過采用沉管灌注樁，技術(shù)上更加可靠的同時(shí)，樁徑由原合同600 mm優(yōu)化為450 mm/500 mm，樁長也有一定程度減少，樁基總工程量節(jié)省超過30%，極大地緩解了骨料供應(yīng)壓力和成本壓力，優(yōu)化效果極其顯著。目前，污水廠最大的AAO生化池樁基計(jì)算及圖紙已經(jīng)通過咨詢審批，現(xiàn)場樁基施工正在開展。

3.3 污泥焚燒方案的優(yōu)化

原合同污泥焚燒方案采用“板框壓濾脫水+流化床干化焚燒”方案，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過充分調(diào)研國內(nèi)石洞口污泥焚燒廠、韓國同類型污泥焚燒廠，發(fā)現(xiàn)原合同2 000萬美元的建設(shè)預(yù)算與調(diào)研的成本差距極其懸殊，且流化床焚燒的核心技術(shù)目前均由國外公司掌握，成本控制幾乎不能實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)多次調(diào)研考察，最終發(fā)現(xiàn)由清華大學(xué)自主研發(fā)的“噴霧干化+回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)”是成熟可靠的技術(shù)，遂與國環(huán)清華形成技術(shù)聯(lián)盟，共同向業(yè)主和咨詢推薦該技術(shù)。采用實(shí)地工程參觀、高水平專家交流、編制詳細(xì)技術(shù)對比、運(yùn)維成本對比等多種方式，最終該技術(shù)以其精簡的系統(tǒng)、較低的運(yùn)維成本贏得了業(yè)主與咨詢的認(rèn)可。

污泥采用“噴霧干化+回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)”方案后，所有設(shè)備均可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，在預(yù)算范圍內(nèi)控制住了建設(shè)成本。

3.4 設(shè)備配置的優(yōu)化

經(jīng)過污水處理工藝和污泥處理系統(tǒng)的優(yōu)化，各工藝單元的設(shè)備配置也相應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化，具體優(yōu)化詳見表3。

表3 設(shè)備配置優(yōu)化對比

大量原先必須采用原裝進(jìn)口的泵，通過優(yōu)化可以采用國際品牌中國生產(chǎn)，設(shè)備成本節(jié)約明顯。通過工藝設(shè)備的優(yōu)化，全廠運(yùn)行負(fù)荷控制在了10 MW以內(nèi)，滿足了要求。

3.5 電氣系統(tǒng)的優(yōu)化

原合同電源方案采用了2回11 kV市政電源，備用7 200 kW柴油發(fā)電機(jī)容量。經(jīng)過與當(dāng)?shù)毓╇姴块TDESCO公司對接，單回11 kV市政電源，最高僅能帶5 MW負(fù)荷，意味著2回11 kV市政電源，同時(shí)運(yùn)行才能帶10 MW負(fù)荷，可保障污水廠100%運(yùn)行。而另外的備用7 200 kW柴油發(fā)電機(jī)容量僅能保障50%的負(fù)荷運(yùn)行。11 kV為低等級電源，失電率較高，污水廠電源系統(tǒng)相當(dāng)脆弱。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與DESCO進(jìn)一步磋商，DESCO公司承諾可以提供2回獨(dú)立的高等級33 kV市政用電，保障率極高，失電率為15年2次，且歷時(shí)12 h。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)因此對電源系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，方案見表4。

最終設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出的優(yōu)化方案贏得了業(yè)主和咨詢的認(rèn)可，提高了系統(tǒng)的保障率，同時(shí)減少了柴油機(jī)容量，整個(gè)電源方案投資也相應(yīng)降低。

表4 電源方案對比

4 設(shè)計(jì)優(yōu)化的效益估算

根據(jù)上述優(yōu)化內(nèi)容，優(yōu)化后節(jié)約效益估算如表5所示。

表5 優(yōu)化節(jié)約效益估算

由表5可知，因設(shè)計(jì)優(yōu)化產(chǎn)生的效益保守估算達(dá)到2.79億元，扣除多余的吹填支出3 000萬元，最終優(yōu)化效益約2.5億元，占總投資比例接近14%，優(yōu)化效益明顯。目前優(yōu)化成果均已獲得業(yè)主及咨詢工程師批準(zhǔn)，為項(xiàng)目實(shí)施奠定了良好開局。

5 啟 示

孟加拉Dasherkandi污水廠由于低價(jià)中標(biāo)且合同簽訂到項(xiàng)目實(shí)施間隔時(shí)間長，成本控制面臨巨大風(fēng)險(xiǎn)，執(zhí)行團(tuán)隊(duì)通過分析合同找準(zhǔn)了設(shè)計(jì)優(yōu)化的依據(jù)，最終通過設(shè)計(jì)優(yōu)化獲得了良好的效益，為項(xiàng)目實(shí)施奠定了良好的開局。多數(shù)國際EPC項(xiàng)目都面臨類似于Dasherkandi污水廠落地周期長和低價(jià)中標(biāo)的制約，執(zhí)行團(tuán)隊(duì)想在有限范圍內(nèi)控制好成本，設(shè)計(jì)優(yōu)化無疑是最重要的砝碼之一。

設(shè)計(jì)優(yōu)化要想獲得較高的業(yè)主接受度，須做到以下幾點(diǎn)：

(1)必須以合同為依據(jù)，國際EPC項(xiàng)目合同是一切的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)優(yōu)化須找到合同支撐條件。

(2)確立雙贏的優(yōu)化原則，既節(jié)約承包商建設(shè)投資，又能節(jié)省業(yè)主的相關(guān)支出，如節(jié)約占地、節(jié)省運(yùn)維成本、提高運(yùn)維可靠性等。孟加拉Dasherkandi污水廠正是因?yàn)檎覝?zhǔn)了合同支撐條件，確立了雙贏原則，最終讓設(shè)計(jì)優(yōu)化全面落地。

此外，設(shè)計(jì)優(yōu)化也需要考慮時(shí)間成本，因?yàn)閲HEPC項(xiàng)目工期拖延也會造成項(xiàng)目成本失控，項(xiàng)目經(jīng)理必須要掌握好度，在合理的設(shè)計(jì)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化才能讓項(xiàng)目產(chǎn)生良好的效益。

6 結(jié) 論

孟加拉達(dá)舍爾甘地污水廠項(xiàng)目作為中國電建集團(tuán)在孟加拉市場上的戰(zhàn)略項(xiàng)目，電建集團(tuán)要求項(xiàng)目執(zhí)行團(tuán)隊(duì)必須完整履約，樹立HYDROCHINA優(yōu)質(zhì)品牌。項(xiàng)目前期資料受限，簽訂合同價(jià)格較低，簽訂時(shí)間較長，技術(shù)方案存在不確定性，導(dǎo)致執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)較高，成本控制難度大。為降低執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)綜合權(quán)衡后決定對原方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從合同條款和談判紀(jì)要入手，找準(zhǔn)并明晰了設(shè)計(jì)優(yōu)化的依據(jù)和原則，分別對項(xiàng)目的污水工藝方案、樁基方案、污泥處理方案、設(shè)備配置方案、電氣系統(tǒng)方案等進(jìn)行了合理的優(yōu)化，節(jié)約投資金額約2.5億元，約占項(xiàng)目總投資的14%。同時(shí)也降低了后期運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)和成本，贏得了業(yè)主和咨詢的認(rèn)可。設(shè)計(jì)優(yōu)化的順利落地，為電建集團(tuán)鞏固孟加拉市場奠定了良好的開局，也為后續(xù)同類項(xiàng)目執(zhí)行提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，即：通過開展以合同為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，確立業(yè)主和承包商雙贏優(yōu)化原則，最終讓設(shè)計(jì)優(yōu)化為項(xiàng)目提質(zhì)增效。